JP2008073212A - 保育器用酸素濃度制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】長期間に亙る連続的な使用にも適している保育器用酸素濃度制御装置を提供する。
【解決手段】保育器１１内に収容されている被収容児１３の動脈血酸素飽和度(SpO2)をパルスオキシメーター１４が測定し、動脈血酸素飽和度(SpO2)のパルスオキシメーター１４による測定値２４を予め定められている設定値２５にするための吸入気酸素濃度(FiO2)２６を制御器１５が求める。パルスオキシメーター１４による動脈血酸素飽和度(SpO2)の測定では、被測定部位の皮膚を加温する必要がないので、動脈血酸素飽和度(SpO2)を長期間に亙って連続的に測定しても、被収容児１３が低温熱傷を被る可能性が少ない。
【選択図】図１

Description

本発明は、保育器内に収容されている被収容児の動脈血中の酸素を測定しつつ、この測定値を予め定められている設定値つまり所望値にするための、その被収容児に供給される吸入気の酸素濃度を求める、保育器用酸素濃度制御装置に関するものである。
新生児における各種原因による低酸素症の予防ないしは治療のために行われる酸素療法では、新生児を保育器内に収容し、新生児の動脈血中の酸素を測定しつつ、この測定値が設定値つまり所望値になる様に、保育器内へ供給される空気と酸素との混合気体の混合比率を制御することによって保育器内の酸素濃度つまり吸入気酸素濃度(FiO2)を制御する。この様な制御を行う保育器用酸素濃度制御装置の一つの従来形態は、新生児の経皮的動脈血酸素分圧(tcPO2)を測定しつつ、空気と酸素との混合器をこの測定値に基づいて自動制御する（非特許文献１）。
「新生児酸素療法のための適応制御システム」医用電子と生体工学第２１巻特別号（１９８３）第１９０頁
ところで、上述の従来形態の保育器用酸素濃度制御装置では、新生児の経皮的動脈血酸素分圧(tcPO2)を測定しており、この測定のためには酸素電極が貼付される被測定部位の皮膚を４３〜４４℃に加温する必要がある。しかし、４３〜４４℃の温度でも、経皮的動脈血酸素分圧(tcPO2)を長期間に亙って連続的に測定すると、特に皮膚が十分には発達していない新生児では、低温熱傷を被る可能性がある。このため、この従来形態の保育器用酸素濃度制御装置は、長期間に亙る連続的な使用に適していなかった。従って、本発明は、長期間に亙る連続的な使用にも適している保育器用酸素濃度制御装置を提供することを目的としている。
本発明による保育器用酸素濃度制御装置では、パルスオキシメーターが被収容児の動脈血酸素飽和度(SpO2)を測定し、動脈血酸素飽和度(SpO2)のパルスオキシメーターによる測定値を予め定められている設定値にするための吸入気酸素濃度(FiO2)を制御器が求める。パルスオキシメーターによる動脈血酸素飽和度(SpO2)の測定では、被測定部位の皮膚を加温する必要がないので、動脈血酸素飽和度(SpO2)を長期間に亙って連続的に測定しても、パルスオキシメーターで測定される被収容児が低温熱傷を被る可能性が少ない。
本発明による保育器用酸素濃度制御装置は、長期間に亙って連続的に使用しても、パルスオキシメーターで測定される被収容児が低温熱傷を被る可能性が少ないので、長期間に亙る連続的な使用にも適している。特に、本発明による保育器用酸素濃度制御装置は、皮膚が十分には発達していない新生児が被収容児であっても、この新生児が低温熱傷を被る可能性が少ないので、特に効果が大きい。
以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態を説明する。図１が本実施形態を示している。この保育器１１には、その内部、具体的には透明なフードに覆われている収容空間１２内、に収容されている新生児等である被収容児１３の動脈血酸素飽和度(SpO2)を光学的且つ経皮的に測定するためのパルスオキシメーター１４つまり拍動酸素測定器が内蔵されている。パルスオキシメーター１４は、マイクロコンピュータ等である制御器１５に接続されている。保育器１１には、収容空間１２内の吸入気酸素濃度(FiO2)を測定するための従来公知の吸入気酸素濃度測定器１６も内蔵されている。制御器１５と吸入気酸素濃度測定器１６とは、マイクロコンピュータ等である別の制御器１７に接続されている。
保育器１１には、外界から取り入れられた空気１８を濾過するための濾過器１９と、従来公知の酸素供給源（図示せず）から供給された酸素２１の流量を調節する流量調節弁２２とが内蔵されている。空気１８及び酸素２１は夫々濾過器１９及び流量調節弁２２を通過した後に互いに混合され、この混合気体が送風機２３によって収容空間１２内へ送り込まれる。従って、流量調節弁２２を制御することによって、収容空間１２内へ送り込まれる混合気体の酸素濃度つまり吸入気酸素濃度(FiO2)が制御される。図示されてはいないが、収容空間１２内へ送り込まれた混合気体は、収容空間１２内を循環し、外界から取り入れられた新鮮な空気１８や新鮮な酸素２１と混合されて、再び送風機２３によって収容空間１２内へ送り込まれる。
以上の様な保育器１１では、予め定められている離散的な（例えば１０秒毎の）サンプリング時刻ｔに、パルスオキシメーター１４が被収容児１３の動脈血酸素飽和度(SpO2(t))２４を測定して制御器１５へ供給する。制御器１５へは、その被収容児１３のために予め定められている設定値つまり所望値としての動脈血酸素飽和度(Set.SpO2)２５も、保育器１１の制御盤（図示せず）の操作等によって、予め供給されている。制御器１５は、サンプリング時刻ｔでの収容空間１２内における設定値つまり所望値としての吸入気酸素濃度(Set.FiO2(t))２６を、下記の式（１）によって求めて制御器１７へ供給する。
Set.FiO2(t) = α(SpO2(t)-Set.SpO2) + (β/N)ΣSet.FiO2(t-n) (1)
式（１）の右辺の第１項及び第２項におけるα及びβは、夫々予め定められている定数の係数である。また、式（１）の右辺の第２項におけるＮは積分期間をサンプリング間隔で除した値であり、例えば積分期間を２０分＝１２００秒とし且つサンプリング間隔を上述の通り１０秒とすると、Ｎ＝１２０である。更に、式（１）の右辺の第２項におけるΣでは、ｎ＝１〜Ｎについて和を求める。但し、Set.FiO2(t)<21になっても、低酸素症の危険性を回避するために、収容空間１２内の酸素濃度の下限として大気の酸素濃度に等しいSet.FiO2(t)=21に設定する。また、Set.FiO2(t)>65になっても、実際の保育器で安定して供給できる酸素濃度として、収容空間１２内の酸素濃度の上限をSet.FiO2(t)=65に設定する。更に、t-n<0の期間では、Set.FiO2(t-n)=Set.FiO2(0)とする。
式（１）の右辺の第１項は、被収容児１３の実際の測定値としての動脈血酸素飽和度(SpO2(t))２４と予め定められている設定値つまり所望値としての動脈血酸素飽和度(Set.SpO2)２５との差に上述の係数αを乗じた比例制御項である。この差が正であれば収容空間１２内における設定値つまり所望値としての吸入気酸素濃度(Set.FiO2(t))２６を低下させ、この差が負であれば収容空間１２内における設定値つまり所望値としての吸入気酸素濃度(Set.FiO2(t))２６を上昇させる様に、制御器１５が動作する。
また、上述の差に応じて、収容空間１２内における設定値つまり所望値としての吸入気酸素濃度(Set.FiO2(t))２６を変化させる様に、制御器１５が動作する。つまり、被収容児１３の実際の測定値としての動脈血酸素飽和度(SpO2(t))２４が予め定められている設定値つまり所望値としての動脈血酸素飽和度(Set.SpO2)２５から大幅にずれていれば、収容空間１２内における設定値つまり所望値としての吸入気酸素濃度(Set.FiO2(t))２６を大幅に変化させ、被収容児１３の実際の測定値としての動脈血酸素飽和度(SpO2(t))２４が予め定められている設定値つまり所望値としての動脈血酸素飽和度(Set.SpO2)２５に近ければ、収容空間１２内における設定値つまり所望値としての吸入気酸素濃度(Set.FiO2(t))２６を小幅にしか変化させない。
式（１）の右辺の第２項は、積分期間つまり過去Ｎ回のサンプリング時に求められた設定値つまり所望値としての吸入気酸素濃度(Set.FiO2(t-n))の平均値((1/N)ΣSet.FiO2(t-n))に上述の係数βを乗じた積分制御項である。従って、過去の設定値つまり所望値としての吸入気酸素濃度(Set.FiO2(t-n))が高い値で続いていれば、この第２項も高くなり、過去の設定値が低い値で続いていれば、この第２項も低くなる。
また、もし、被収容児１３の実際の測定値としての動脈血酸素飽和度(SpO2(t))２４と予め定められている設定値つまり所望値としての動脈血酸素飽和度(Set.SpO2)２５とが等しければ、式（１）の右辺の第１項が０になるので、過去Ｎ回の平均値に係数βを乗じたこの第２項が収容空間１２内における設定値つまり所望値としての吸入気酸素濃度(Set.FiO2(t))２６になる。
一方、保育器１１の吸入気酸素濃度測定器１６は、収容空間１２内の吸入気酸素濃度(FiO2)２７を測定して制御器１７へ供給する。制御器１７は、吸入気酸素濃度測定器１６から供給される測定値としての吸入気酸素濃度(FiO2)２７が制御器１５から供給される設定値つまり所望値としての吸入気酸素濃度(Set.FiO2(t))２６に等しくなる様に、流量調節弁２２の弁調節量２８を流量調節弁２２へ供給してこの流量調節弁２２を制御する。
従って、制御器１５が、被収容児１３の実際の測定値としての動脈血酸素飽和度(SpO2(t))２４と予め定められている設定値つまり所望値として動脈血酸素飽和度(Set.SpO2)２５とを用いて収容空間１２内における設定値つまり所望値としての吸入気酸素濃度(Set.FiO2(t))２６を求め、制御器１７が、収容空間１２内における実際の測定値としての吸入気酸素濃度(FiO2)２７が設定値つまり所望値としての吸入気酸素濃度(Set.FiO2(t))２６になる様に流量調節弁２２を制御する。これによって、保育器１１の収容空間１２内に収容されている被収容児１３の動脈血酸素飽和度(SpO2(t))２４が、予め定められている設定値つまり所望値としての動脈血酸素飽和度(Set.SpO2)２５に急速に近づき且つこの状態が安定的に維持される。
なお、以上の実施形態では、制御器１５による動脈血酸素飽和度(SpO2(t))２４の測定のためのサンプリング間隔や積分期間として上述の値が用いられたが、これらの値は上述の値以外の値であってもよい。
本発明は、保育器内に収容されている被収容児の動脈血中の酸素を測定しつつ、この測定値を予め定められている設定値つまり所望値にするための、その被収容児に供給される吸入気の酸素濃度を求める、保育器用酸素濃度制御装置の製造等に利用することができる。
本発明の一実施形態の概略的なブロック図である。
符号の説明
１１ 保育器
１２ 収容空間
１３ 被収容児
１４ パルスオキシメーター
１５ 制御器
２４ 動脈血酸素飽和度（測定値）
２５ 動脈血酸素飽和度（設定値）
２６ 吸入気酸素濃度（設定値）

Claims (1)

  1. 保育器内に収容されている被収容児の動脈血酸素飽和度を測定するパルスオキシメーターと、
    このパルスオキシメーターによる測定値としての動脈血酸素飽和度を、予め定められている設定値としての動脈血酸素飽和度にするための、前記被収容児に供給される吸入気の酸素濃度を求める制御器と
    を具備する保育器用酸素濃度制御装置。
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